【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信的，特别是涉及一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统及方法。
技术介绍
1、卫星通信作为提供广域覆盖的关键技术，较早的就被提出为地面网络难以覆盖的偏远地区提供低成本的通信服务。但由于卫星发射成本、星上载荷能力、星地通信性能等因素的制约，卫星通信系统与地面无线通信系统的发展始终存在较大差距。近年来，随着航天、集成电路、通信等关键技术取得长足发展，大规模卫星星座的部署掀起了新一轮的建设热潮，特别是低地球轨道卫星，由于其发射成本低、传输时延短、路径损耗小等显著优势，使得超密集低轨卫星星座成为当前产业界和学术界的研究热点。
2、随着泛在连接和广域覆盖成为全球下一代无线通信系统的共同愿景，星地融合成为了6g网络发展的必然趋势。传统的卫星终端，包括手持终端和甚小口径终端，面对发射功率和体积的限制，由于星地之间严重的信号衰减，可实现的上行传输速率受到严重的限制。随着大规模低轨卫星星座的部署，星地多连接为星地通信实现了类地面网络无蜂窝大规模多输入多输出(multipe input multiple output，mimo)的技术，可以在不增加地面卫星终端发射功率的前提下显著提升星地上行通信的服务质量。
3、考虑自由空间传输损耗、气体吸收、雨衰、云衰等电磁传播的影响因素，星地通信信号面临严重的衰减，特别是ku、ka等高频段信号。对于星地上行链路，由于卫星终端(包括甚小口径终端和手持终端)的体积和发射功率受限，星地之间恶劣的传输环境对于星地上行通信提出了更严峻的挑战。
4、近年
5、智能超表面作为6g新型无源中继技术，以低成本、低功耗的优势可为系统带来显著性能增益，实现包括盲区覆盖和链路增强等多种系统功能。将智能超表面引入星地通信链路中，可通过智能超表面的波束赋形进一步补偿星地之间的信号衰减，同时为星地视距传输环境受阻的情况下提供辅助通信链路以保障服务连续性。下一代的通信网络必将是空天地一体化的星地融合网络，广泛部署的智能超表面在为地面网络拓展覆盖，提升系统容量的同时，也可以服务于星地通信链路，特别是使能热点地区的覆盖增强。
6、随着超密集低轨卫星星座的部署，一个地面终端可以同时连接多个卫星构成空间分布式天线系统或协作多点系统以提升系统鲁棒性和分集增益。现有研究工作大多仅考虑了智能超表面辅助单星的系统，未考虑智能超表面辅助多星协作接收的上行通信系统模型。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统及方法，在智能超表面的辅助下，有效增强多卫星连接下的上行链路。
2、第一方面，本专利技术提供一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，所述系统包括卫星终端、多颗卫星和智能超表面；所述卫星终端位于所述多颗卫星的重叠覆盖区域；所述智能超表面用于在所述卫星终端和所述卫星之间建立辅助链路；所述多颗卫星中选取一个卫星作为中心卫星，所述中心卫星以外的卫星作为接收卫星；所述接收卫星均与所述卫星终端建立上行链路，用于基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号；所述中心卫星用于基于与所述接收卫星的星间链路实现所述上行信号的联合检测和最大比合并。
3、在第一方面的一种实现方式中，还包括信关站，所述信关站与所述卫星和所述智能超表面相连，用于获取所述卫星的状态信息，并根据所述状态信息对所述智能超表面进行参数优化，其中所述信关站通过馈线链路与所述卫星相连，通过有线或无线与所述智能超表面相连。
4、在第一方面的一种实现方式中，所述中心卫星可选择地与所述卫星终端建立上行链路，并在建立上行链路后基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号。
5、在第一方面的一种实现方式中，所述卫星终端通过正交方式或非正交方式与所述卫星建立连接。
6、在第一方面的一种实现方式中，所述智能超表面部署于建筑物外立面或建筑物顶部的固定位置，或部署于可移动地面设备或空中平台。
7、第二方面，本专利技术提供一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信方法，所述方法包括以下步骤；
8、令卫星终端位于多颗卫星的重叠覆盖区域；
9、基于智能超表面在所述卫星终端和所述卫星之间建立辅助链路；
10、建立所述卫星与所述卫星终端之间的上行链路；
11、在所述多颗卫星中选取一个卫星作为中心卫星，所述中心卫星以外的卫星作为接收卫星；所述接收卫星均与所述卫星终端建立上行链路，基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号；所述中心卫星基于与所述接收卫星的星间链路实现所述上行信号的联合检测和最大比合并。
12、在第二方面的一种实现方式中，还包括基于信关站获取所述卫星的状态信息，并根据所述状态信息对所述智能超表面进行参数优化，其中所述信关站通过馈线链路与所述卫星相连，通过有线或无线与所述智能超表面相连。
13、在第二方面的一种实现方式中，所述中心卫星可选择地与所述卫星终端建立上行链路，并在建立上行链路后基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号。
14、在第二方面的一种实现方式中，所述卫星终端通过正交方式或非正交方式与所述卫星建立连接。
15、在第二方面的一种实现方式中，所述智能超表面部署于建筑物外立面或建筑物顶部的固定位置，或部署于可移动地面设备或空中平台。
16、如上所述，本专利技术的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统及方法，具有以下有益效果：
17、(1)通过部署智能超表面增强星地通信链路，通过构建辅助链路进行联合波束赋形设计以提升系统频谱效率、能量效率和鲁棒性，为卫星终端的上行数据服务增强提供新的优化方案，为复杂的星地电磁传播环境提供新的优化方向；
18、(2)提高了星地上行通信的能量效率和频谱效率，为卫星终端的小型化设计创造了条件；为星地通信引入新的通信链路，保障星地通信视距传输条件恶劣的情况下可通过辅助链路实现上行数据的传输，同时可以在视距传输链路受阻的情况下通过智能超表面辅助链路提升系统的可靠性。
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1.一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述系统包括卫星终端、多颗卫星和智能超表面；
2.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：还包括信关站，所述信关站与所述卫星和所述智能超表面相连，用于获取所述卫星的状态信息，并根据所述状态信息对所述智能超表面进行参数优化；其中所述信关站通过馈线链路与所述卫星相连，通过有线或无线与所述智能超表面相连。
3.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述中心卫星可选择地与所述卫星终端建立上行链路，并在建立上行链路后基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号。
4.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述卫星终端通过正交方式或非正交方式与所述卫星建立连接。
5.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述智能超表面部署于建筑物外立面或建筑物顶部的固定位置，或部署于可移动地面设备或空中平
6.一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
7.根据权利要求6所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信方法，其特征在于：还包括基于信关站获取所述卫星的状态信息，并根据所述状态信息对所述智能超表面进行参数优化；其中所述信关站通过馈线链路与所述卫星相连，通过有线或无线与所述智能超表面相连。
8.根据权利要求6所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信方法，其特征在于：所述中心卫星可选择地与所述卫星终端建立上行链路，并在建立上行链路后基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号。
9.根据权利要求6所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信方法，其特征在于：所述卫星终端通过正交方式或非正交方式与所述卫星建立连接。
10.根据权利要求6所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信方法，其特征在于：所述智能超表面部署于建筑物外立面或建筑物顶部的固定位置，或部署于可移动地面设备或空中平台。
...【技术特征摘要】
1.一种基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述系统包括卫星终端、多颗卫星和智能超表面；
2.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：还包括信关站，所述信关站与所述卫星和所述智能超表面相连，用于获取所述卫星的状态信息，并根据所述状态信息对所述智能超表面进行参数优化；其中所述信关站通过馈线链路与所述卫星相连，通过有线或无线与所述智能超表面相连。
3.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述中心卫星可选择地与所述卫星终端建立上行链路，并在建立上行链路后基于所述上行链路和所述辅助链路同时接收所述卫星终端的上行信号。
4.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述卫星终端通过正交方式或非正交方式与所述卫星建立连接。
5.根据权利要求1所述的基于智能超表面辅助的多卫星协作接收的上行通信系统，其特征在于：所述智能超表面部署于建筑物外立面或建筑物顶部的固定位置，或部署于可...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡宏林，冯凯，周婷，徐天衡，封松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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